簡述立體卷鐵芯樹脂澆注干式變壓器

馮立濤

(天津市特變電工變壓器有限公司，天津 300308)

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簡述立體卷鐵芯樹脂澆注干式變壓器

馮立濤

(天津市特變電工變壓器有限公司，天津 300308)

簡述了立體卷鐵心樹脂澆注干式變壓器的發展概況，對比立體卷鐵心樹脂澆注干式變壓器與疊鐵心樹脂澆注干式變壓器的優缺點，分析了生產關鍵環節。

卷鐵心；樹脂澆注干式變壓器；特點；生產

我國是一個能源大國，同時也是一個能源消耗大國。為了促進節能產品消費，2013年，國家財政部、發展改革委、工業和信息化部聯合下發了《節能產品惠民工程高效節能配電變壓器推廣實施細則》。根據該實施細則，國家將認定一批高效節能變壓器推廣的生產企業，并設立高效節能變壓器生產企業目錄，對購買目錄中企業所生產的高效節能變壓器產品的用戶，由國家根據不同能效等級給予一定補助。從現行標準看，除了非晶合金變壓器外，普通硅鋼結構的疊鐵心配電變壓器達到標準中1、2級能效水平較為困難。而立體卷鐵心變壓器經廣東海鴻為主的相關制造廠實踐證明，達到能效2級甚至能效1級的要求較為容易，有一定的潛在優勢，可成為配電變壓器節能設計的一個方向。

1 立體卷鐵心變壓器的發展概況

對節能產品惠民工程高效節能配電變壓器推廣目錄第一、二批公示名單中各條塊產品進行分析可知，全國共有超過70家企業的相關產品通過節能認證。其中油浸變壓器近70家，干式變壓器近50家。通過節能認證的產品中，立體卷鐵心油浸變壓器有17家，干式變壓器有6家。從以上認證情況可以看出，部分疊鐵心產品采用優質硅鋼和優化設計后，也可滿足能效2級甚至能效1級的要求。但需要說明的是，滿足能效標準的疊鐵心產品經濟性往往較差，基本靠增加原材料投入來滿足損耗指標。相對于疊鐵心，立體卷鐵心產品由于需要重新引進整條鐵芯和繞線設備及技術，投資較大，因此國內生產廠家還不多，遠遠未成為節能變壓器的主流。

目前，在國內立體卷鐵心變壓器制造商和國家節能政策的推動下，國網和南網已經開始采購立體卷鐵心變壓器并形成一定規模。與非晶合金變壓器一樣，目前國內立體卷鐵心變壓器基本以油浸變壓器為主。以廣東海鴻為例，2011年該公司整體銷售額約8億元，干變約2億元，其中干變最大容量已做到4 000 kVA，油變最大容量已做到12 500 kVA，電壓等級最高為35 kV。日前，海鴻公司正致力于高電壓大容量立體卷鐵心變壓器和非晶合金立體卷鐵芯變壓器的研發，已取得初步結果。此外，國內生產立體卷鐵心干式變壓器已取得節能認證的廠家有江西大族電源科技有限公司、浙江金三角、株洲變壓器廠、常德市天馬電氣成套設備有限公司等。北京新華都在整體收購了上海寶濤后，主要從事立體卷鐵芯產品制造設備、油浸式和干式立體卷鐵芯變壓器的生產和銷售，且在一般配電變壓器的基礎上研發了立體卷鐵芯變頻變壓器。

2 立體卷鐵心的特點

立體卷鐵芯是一種卷繞式鐵芯，整個鐵心由三個完全相同的單框拼合而成。拼合后鐵芯的三個芯柱呈等邊三角形立體排布，每個單框是由若干根梯形料帶依次連續卷繞而成，卷繞后的單框橫截面接近半圓形，拼合后的橫截面呈接近圓形的準多邊形。與疊鐵心相比，卷鐵芯具有以下幾個優點：第一，硅鋼縱剪時通過套裁幾乎可以做到100%利用，邊角余料較少。第二，硅鋼片卷繞可以繞得較緊且無接縫，鐵芯填充系數高，磁阻小。第三，連續卷繞可以保證硅鋼導磁方向與實際磁通方向一致。第四，立體卷鐵心三相磁路長度一致，可以做到三相磁路完全平衡。

但立體卷鐵心設計和工藝處理也有幾個弱點：第一，立體卷鐵心鐵軛面積只有芯柱面積的一半，但鐵軛磁通是心柱磁通的0.57735 倍，所以鐵軛磁密是心柱磁密的1.1547 倍。為保證變壓器的空載特性和噪聲水平，心柱磁密不宜取得過高。第二，立體卷鐵心在卷繞結束后須退火處理，退火工藝至關重要，但不同鐵芯又不盡相同，掌握較難，需要配置專用的退火設備。第三，立體卷鐵心由于鐵芯無法打開(海鴻已經做過實驗，打開后噪聲較大，空載特性變壞)，所以線圈只能帶著鐵芯繞制，澆注，固化。線圈繞制需要專用繞線設備，變壓器轉序重量較大。第四，繞線時需要考慮繞線齒輪空間，鐵軛與線圈的距離要增加，且澆注變需要考慮模具裝拆空間。第五，變壓器制造完成后線圈無法拆卸(尤其是澆注線圈)，變壓器可修理性差。

立體卷鐵心樹脂澆注變壓器與疊鐵心樹脂澆注干式變壓器比較，主要優點是成本較低，空載特性較好，但其也有若干缺點：第一，立體卷鐵心樹脂澆注變壓器高度較高，但現有低壓開關柜的高度一般固定在2 200 mm，變壓器太高會導致與低壓柜并柜時高度不一致。變壓器高度過高還會導致配電室吊高不足，給電氣設備安裝和拆卸帶來困難。第二，變壓器柜深度方向加大。由于變壓器柜一般都比低壓柜深度大，立體卷鐵心變壓器進一步拉大了兩者的差距，配電室設計較難布置，空間利用率低。第三，立體卷鐵心生產廠對該產品的市場推廣力度不大，要獲取市場認可還要付出一定的代價。

查閱有關資料得出如下數據：立體卷鐵心填充系數可達到0.95～0.96，比疊鐵心大約大3.5%～5%，鐵芯利用率大約比疊鐵心高4%，退火后工藝系數大約可減少15%，故硅鋼重量大約可節省10%，繞線需要增加線圈與鐵軛間的距離，會造成硅鋼用量大約增加5%。綜合以上因素，達到同樣的空載特性硅鋼重量理論上可節省12%左右。如果立體卷鐵心硅鋼用量與疊鐵心相同，則空載特性可改善10%左右。但必須說明的是，立體卷鐵心由于需要退火，考慮退火工藝的穩定性，也會使鐵芯成本增加。

3 立體卷鐵心樹脂澆注干式變壓器生產關鍵環節

立體卷鐵心變壓器與普通疊鐵心變壓器相比，主要區別是鐵心在卷繞后須退火，同時鐵心成品無法打開，繞線及澆注固化時必須帶鐵心操作。總結分析，立體卷鐵心變壓器研發生產的主要難點有：

第一，立體卷鐵心的退火工藝。由于鐵心結構尺寸不同，退火工藝也不同，即使技術引進包含這些內容，也需要我公司根據實際情況形成自己的退火工藝。第二，線圈DFSDF須在鐵心上繞制，如果高低壓分開繞則線圈固定和模具裝卸較困難，海鴻在技術轉讓時會有償轉讓模具技術，關鍵是如何提高操作效率及操作時的有效防護。如果線圈一體繞制則需要開發新的繞線設備。采用開口式的立體卷鐵芯可以解決上述問題，但經過海鴻公司的嘗試證實其生產效率不但沒有提升，反而導致產品的性能大幅惡化。第三，澆注時三個線圈同時澆注，由于不允許切端和大機械加工，變壓器最后整理和清理較困難。第四，產品一旦出現故障，由于樹脂澆注線圈無法拆解，整臺變壓器可能報廢。

4 結語

立體卷鐵心變壓器生產與我公司現在生產的疊鐵心變壓器，除繞線及澆注有一定的相同處外，公司還需要引進全套技術并提供獨立的生產作業場地。從技術難度看，主要是工藝及工裝設備保證問題，從設計上只要工藝系數確定，設計難度并不大。從市場來看，立體卷鐵心還沒有成為配電變壓器的主流產品。隨著非晶合金變壓器材料問題的逐步解決，其已成為節能變壓器的主力軍，如果非晶合金變壓器能解決變壓器的體積、鐵芯磁特性和動穩定問題，這種變壓器也將有良好的市場前景。而立體卷鐵芯變壓器雖然在一定容量段存在價格和性能優勢，但其工藝及結構復雜性、生產效率低、技術的牽制性和公司目前廠房及設備狀況均制約著項目的實施。

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Brief introduction of three-dimensional roll core resin pouring dry-type transformers

FENG Li-tao

(Tianjin TBEA Transformer Co., Ltd., Tianjin 300308, China)

This paper briefly introduces the development of the three-dimensional roll core resin pouring dry-type transformers, compares the advantages and disadvantages of the three-dimensional roll core resin pouring dry-type transformers and the stacked core resin pouring dry-type transformers, and analyzes the key links of production.

Roll core; Resin pouring dry-type transformer; Characteristic; Production

2016-10-19

馮立濤(1972-)，男，本科，助理工程師。

TM421

A

1674-8646(2017)02-0146-02